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DE69626349T2 - Frequency estimation using iterative filtering, especially for cellular telephone systems - Google Patents

Frequency estimation using iterative filtering, especially for cellular telephone systems

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Publication number
DE69626349T2
DE69626349T2 DE69626349T DE69626349T DE69626349T2 DE 69626349 T2 DE69626349 T2 DE 69626349T2 DE 69626349 T DE69626349 T DE 69626349T DE 69626349 T DE69626349 T DE 69626349T DE 69626349 T2 DE69626349 T2 DE 69626349T2
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DE
Germany
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predetermined number
frequency
predetermined
filter
base station
Prior art date
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Application number
DE69626349T
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German (de)
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DE69626349D1 (en
Inventor
Jingdong Lin
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Conexant Systems LLC
Original Assignee
Conexant Systems LLC
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Publication date
Application filed by Conexant Systems LLC filed Critical Conexant Systems LLC
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Publication of DE69626349T2 publication Critical patent/DE69626349T2/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/18Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/22Demodulator circuits; Receiver circuits

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf drahtlose, mobile Kommunikation, und bezieht sich spezieller auf die Feststellung der Trägerfrequenz durch mobile Empfänger unter Benutzung einer iterativen Frequenz-Schätzung.The present invention relates to wireless mobile communications, and more particularly relates to carrier frequency determination by mobile receivers using iterative frequency estimation.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Drahtlose Kommunikation, insbesondere zelluläre Kommunikation, sowie das GSM ("the Global System for Mobile communications") oder das NADC ("North American Digital Cellular Systems") ist ein notwendiger, wenn nicht essentieller Teil der Technologie- Revolution geworden. Sie hat es einer Benutzerin erlaubt, Telefonanrufe überall und an jedem Ort abzusetzen und zu empfangen, durch ihr mobiles zelluläres Telefon oder drahtloses Telefon (hierin ab jetzt als "Telefon" bezeichnet), unabhängig davon ob sie sich in einem bewegten Automobil, welches langsam seinen Weg durch einen Verkehrsstau nimmt, befindet, oder in einem Bürogebäude an einer Besprechung teilnimmt. Solange die Benutzerin innerhalb einer "Zelle" ist, welche von einer Basisstation bedient wird, ist sie nur einen Telefonanruf von ihren Freunden, Kollegen oder Geschäftspartnern entfernt.Wireless communications, particularly cellular communications, such as GSM ("the Global System for Mobile communications") or NADC ("North American Digital Cellular Systems"), has become a necessary, if not essential, part of the technology revolution. It has allowed a user to make and receive telephone calls anywhere and at any location, through his mobile cellular telephone or wireless telephone (hereafter referred to as "telephone"), whether he is in a moving automobile slowly making its way through a traffic jam, or in an office building attending a meeting. As long as the user is within a "cell" served by a base station, he is only a telephone call away from his friends, colleagues or business associates.

Was für die Benutzerin transparent sein sollte, zum Beispiel die nahtlose Verbindung und die Zugänglichkeit, welche von der Benutzerin genossen wird, ist für die Ingenieure und Technologen, welche hinter der Szenerie arbeiten, stets sehr problematisch und herausfordernd. Wenn sich die Benutzerin durch verschiedenen Zellen-Zonen bewegt, muß ihr Telefon konstant einige wenige Aufgaben durchführen. Zuerst sollte das Telefon in der Lage sein, durch eine Handshake-Phase eine Verbindung mit der Basisstation der bedienenden Zelle innerhalb derer sich das Telefon befindet, herzustellen. Eine andere Aufgabe für das Telefon ist es, nachdem die Verbindung bereits hergestellt ist, die Trägerfrequenzen der Nachbarzellen zu überwachen. Fig. 1 illustriert die Beziehung, zwischen der "bedienenden Zelle" und den "benachbarten Zellen."What should be transparent to the user, for example the seamless connection and accessibility enjoyed by the user, is always very problematic and challenging for the engineers and technologists working behind the scenes. As the user moves through different cell zones, her phone must constantly perform a few tasks. First, the phone should be able to establish a connection with the base station of the serving cell within which the phone is located through a handshake phase. Another task for the phone, after the connection is already established, is to monitor the carrier frequencies of the neighboring cells. Fig. 1 illustrates the relationship between the "serving cell" and the "neighboring cells."

Die Trägerfrequenz der Basisstation, der bedienenden Zelle, kann während ihre Frequenz nominal bekannt ist, nicht exakt erfaßt werden, wenn das Telefon sich gerade eben in eine neue Zelle bewegt hat. Daher besteht für das Telefon die Notwendigkeit, zunächst die Trägerfrequenz der Basisstation der bedienenden Zelle zu schätzen, und seine Schätzung graduell zu verbessern auf innerhalb etwa 100 Hz der Trägerfrequenz.The carrier frequency of the base station, the serving cell, while its frequency is nominally known, cannot be determined exactly when the phone has just moved into a new cell. Therefore, the phone needs to first determine the carrier frequency of the base station of the serving cell, and gradually improve its estimate to within about 100 Hz of the carrier frequency.

In der Handshake-Phase des Telefons, wie GSM oder NADC, wird im allgemeinen ein Frequenz-Schätzer benötigt, um die Trägerfrequenz einer Basisstation zum Aufbau der Verbindung zu schätzen. In einem typischen TDMA ("Time Division Multiple Access") zellulären System, wird die Schätzung der Trägerfrequenz für gewöhnlich an einem frequency correction-burst ("FCB") bzw. Frequenz-Korrektur-Burst, welcher sich alle 50 Bursts wiederholt, durchgeführt. Wegen der Existenz von starkem gaussschen Rauschen, starker Co-Kanal und Nachbar-Kanal Interferenz und schwerwiegender Abschwächung, benötigt ein konventioneller Frequenz-Schätzer, oder eine Verfolgungseinheit wie ein phase lock 100p ("PLL") bzw. Phasen-Fest-Regelkreis, im allgemeinen 100 oder sogar mehr FCBs, um eine verläßliche Frequenz-Schätzung zu erhalten. Dieser Zugang ist sehr unbefriedigend gewesen, da er in einer viel längeren Verbindungs-Herstellungs-Periode resultiert.In the handshake phase of the phone, such as GSM or NADC, a frequency estimator is generally required to estimate the carrier frequency of a base station for establishing the connection. In a typical TDMA ("Time Division Multiple Access") cellular system, the carrier frequency estimation is usually performed on a frequency correction-burst ("FCB") that repeats every 50 bursts. Due to the existence of strong Gaussian noise, strong co-channel and adjacent-channel interference, and severe attenuation, a conventional frequency estimator, or a tracking unit such as a phase-lock 100p ("PLL"), generally requires 100 or even more FCBs to obtain a reliable frequency estimate. This approach has been very unsatisfactory, as it results in a much longer connection establishment period.

Daher wäre es wünschenswert, einen effizienteren und verläßlicheren Frequenz-Schätzer zu haben, ebenso wie eine Frequenz-Schätzungs-Methode, zur Schätzung der Träger-Frequenz in der drahtlosen Umgebung.Therefore, it would be desirable to have a more efficient and reliable frequency estimator, as well as a frequency estimation method, for estimating the carrier frequency in the wireless environment.

Mehr im Detail wäre es wünschenswert, eine genaue Frequenzschätzung in so geringer Zeit wie möglich zu erhalten.More in detail, it would be desirable to obtain an accurate frequency estimate in as short a time as possible.

Es wäre auch wünschenswert, eine genauere Frequenz-Schätzung sogar in der Gegenwart starker Verzerrungen und Interferenzen in der drahtlosen Umgebung zu erhalten.It would also be desirable to obtain a more accurate frequency estimate even in the presence of strong distortions and interference in the wireless environment.

Desweiteren wird die Aufmerksamkeit auf das Dokument WO 92 11706 A gelenkt, welches einen Synchronisations-Prozeß offenbart, in welchem ein empfangenes Signal mit einem adaptiven Bandpaß-Filter gefiltert wird, während das empfangene Signal in dem Speicher gepuffert wird. Die Energien des Eingangs-Signals und des gefilterten Signals werden geschätzt und die Verstärkung des Filters wird, basierend auf der Differenz, zwischen den Energien angepaßt. Der Pol des Filters wird so angepaßt, daß die Frequenz des Eingangs- Signals im Paß-Band des Filters zentriert ist. Wenn ein Ton detektiert wird, wird die Länge des Tons bestimmt, um sicher zu stellen, ob es ein Frequenz-Korrektur-Burst ist. Wenn der detektierte Ton ein Frequenz-Korrektur-Burst ist, ist das Signal im Speicher auch der Frequenz-Korrektur-Burst, welcher dann im Band-Paß-Filter gefiltert wird, und die Differenz zwischen der Frequenz dieses Signals und 67,5 kHz wird bestimmt. Diese Differenz repräsentiert die Frequenz-Verschiebung zwischen der Trägerfrequenz der Basisstation und derjenigen des mobilen Funk-Kommunikations-Geräts, und kann in die lokalen Oszillator- Mittel eingespeist werden, um die Frequenz-Verschiebung zu kompensieren.Furthermore, attention is drawn to document WO 92 11706 A which discloses a synchronization process in which a received signal is filtered with an adaptive bandpass filter while the received signal is buffered in memory. The energies of the input signal and the filtered signal are estimated and the gain of the filter is adjusted based on the difference between the energies. The pole of the filter is adjusted so that the frequency of the input signal is centered in the passband of the filter. When a tone is detected, the length of the tone is determined to ensure whether it is a frequency correction burst. If the detected tone is a frequency correction burst, the signal in memory is also the frequency correction burst, which is then filtered in the band-pass filter, and the difference between the frequency of this signal and 67.5 kHz is determined. This difference represents the frequency shift between the carrier frequency of the base station and that of the mobile radio communication device, and can be fed into the local oscillator means to compensate for the frequency shift.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Schätzung einer Trägerfrequenz einer Basisstation wie in Anspruch 1 ausgeführt und ein Gerät zur Schätzung einer Trägerfrequenz einer Basisstation wie in Anspruch 8 ausgeführt, vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen offenbart.In accordance with the present invention, there is provided a method for estimating a carrier frequency of a base station as set out in claim 1 and an apparatus for estimating a carrier frequency of a base station as set out in claim 8. Preferred embodiments of the invention are disclosed in the dependent claims.

Zusammenfassung der vorliegenden ErfindungSummary of the present invention

Ein Verfahren und Gerät zur iterativen Trägerfrequenz-Schätzung einer Basisstation durch eine mobile Station, in einem drahtlosen Kommunikationssystem, wird offenbart. Bei Detektierung eines frequncy-correction-burst ("FCB") Signals, bzw. eines Frequenz- Korrektur-Burst Signals, von der drahtlosen Sendung der Basisstation, puffert die mobile Station zuerst das FCB Signal und filtert dann das gepufferte Signal mit einem BandPaß- Filter, um einen ersten Satz von gefilterten Daten zu erzeugen. Nach der Filterung werden die ersten gefilterten Daten wiederum mit einem auto-regressiven Filter gefiltert, um einen zugehörigen Satz von zweiten gefilterten Daten zu erzeugen. Mit den zweiten gefilterten Daten werden iterative Pol-Schätzung des AR-Filters und die Filterung mit dem AR-Filter für einen vorbestimmten Satz von Iterationen ausgeführt, um eine konvergierte Pol-Schätzung zu erzeugen, welche dann benutzt werden kann, um die Trägerfrequenz der Basisstation abzuleiten. Die mobile Station kann auch weiterhin angepaßt sein, um mehr als ein FCB Signal zu empfangen und zu puffern, um Mittelung der abgeleitenden Trägerfrequenzen basierend auf unterschiedlichen Pol-Schätzungen zu erlauben, so daß eine zuverlässige und genaue Trägerfrequenz erhalten wird.A method and apparatus for iterative carrier frequency estimation of a base station by a mobile station in a wireless communication system is disclosed. Upon detecting a frequency-correction-burst ("FCB") signal from the wireless transmission of the base station, the mobile station first buffers the FCB signal and then filters the buffered signal with a bandpass filter to produce a first set of filtered data. After filtering, the first filtered data is in turn filtered with an auto-regressive filter to produce a corresponding set of second filtered data. With the second filtered data, iterative pole estimation of the AR filter and filtering with the AR filter are performed for a predetermined set of iterations to produce a converged pole estimate, which can then be used to derive the carrier frequency of the base station. The mobile station may also be further adapted to receive and buffer more than one FCB signal to allow averaging of the derived carrier frequencies based on different pole estimates so that a reliable and accurate carrier frequency is obtained.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Zusätzliche Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung, werden den Fachleuten in der folgenden Beschreibung offensichtlich sein, wobei folgendes gilt:Additional objects, features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art in the following description, in which:

Fig. 1 zeigt symbolisch ein Gebiet mit zellulärer Überdeckung von unterschiedlichen Basisstationen.Fig. 1 shows symbolically an area with cellular coverage of different base stations.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines iterativen filternden Frequenz- Schätzers, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.Fig. 2 shows a first embodiment of an iterative filtering frequency estimator in accordance with the present invention.

Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, welches das Verfahren der iterativen filternden Frequenz-Schätzung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung illustriert.Figure 3 is a flow chart illustrating the method of iterative filtering frequency estimation in accordance with the present invention.

Fig. 4 ist eine Simulation, welche die Konvergenz der geschätzten Frequenz a (k) in Iterationen zeigt.Fig. 4 is a simulation showing the convergence of the estimated frequency a(k) in iterations.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten AusführungsbeispielsDetailed description of the preferred embodiment

Ein iterativer Frequenz-Schätzer zur Schätzung der Trägerfrequenz der Basisstation in einer drahtlosen Kommunikations-Umgebung wird offenbart. Mehr im Detail sieht die vorliegende Erfindung schnelle und effiziente Trägerfrequenz-Schätzung in der drahtlosen Umgebung mit starkem gaussschen Rauschen, Co-Kanal- und Nachbar-Kanal Interferenz und schneller Kanalabschwächung vor. Ohne Benutzung des konventionellen Frequenz-Schätzungs- Verfahrens, so wie zum Beispiel des PLL, verwendet die vorliegende Erfindung eine iterative Filtermethode, um die vorgepufferten Daten iterativ zu bearbeiten und funktioniert zuverlässig mit einem oder mehreren FCB Bursts.An iterative frequency estimator for estimating the carrier frequency of the base station in a wireless communication environment is disclosed. More in detail, the present invention provides fast and efficient carrier frequency estimation in the wireless environment with strong Gaussian noise, co-channel and adjacent channel interference, and fast channel attenuation. Without using the conventional frequency estimation method, such as the PLL, the present invention uses an iterative filtering method to iteratively process the pre-buffered data and works reliably with one or more FCB bursts.

In der folgenden Beschreibung wird die vorliegende Erfindung in Begriffen von Algorithmen und funktionalen Blockdiagrammen beschrieben, welche die üblichen Mittel für die Fachleute sind, um mit anderen, fachlich ähnlich Gebildeten, zu kommunizieren. Es sollte von den Fachleuten erkannt werden, daß die vorliegende Erfindung nicht strikt auf ihre symbolische Darstellung hierin begrenzt ist, und die Fachleute können leicht das illustrierte Ausführungsbeispiel modifizieren, um die vorliegende Erfindung für ihre speziellen Anwendungen zu implementieren.In the following description, the present invention is described in terms of algorithms and functional block diagrams, which are the usual means for those skilled in the art to communicate with others similarly skilled in the art. It should be recognized by those skilled in the art that the present invention is not strictly limited to its symbolic representation herein, and those skilled in the art can readily modify the illustrated embodiment to implement the present invention for their particular applications.

Mit Referenz auf Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des iterativen filternden Frequenz- Schätzers 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung symbolisch gezeigt. Vom Eingabe-Ende ist ein Band-Paß-Filter (BPF) 104 an einen AR ("Auto Regressiven") Filter 108 gekoppelt. Der AR Filter 108 ist dann an eine AR Parameter Schätzungseinheit 112 gekoppelt, welche ihre Ausgabe sowohl auf den AR Filter 108 als auch eine Frequenz- Berechnungs-Einheit 116 gibt. Die Ausgabe (bzw. Ausgangsgröße) der Frequenz- Berechnungs-Einheit wird auf eine Frequenz-Schätzungs-Mittelungseinheit 120 gegeben.Referring to Figure 2, an embodiment of the iterative filtering frequency estimator 100 in accordance with the present invention is symbolically shown. From the input end, a band pass filter (BPF) 104 is coupled to an AR ("Auto Regressive") filter 108. The AR filter 108 is then coupled to an AR parameter estimation unit 112 which provides its output to both the AR filter 108 and a frequency calculation unit 116. The output of the frequency calculation unit is provided to a frequency estimation averaging unit 120.

Der Betrieb des Frequenz-Schätzers 100 wird nun in mehr Details beschrieben. Während die Basisstation ihre Signale, zum Beispiel Mikrowellen-Signale, kontinuierlich versendet, werden die Signale von den Telefonen innerhalb der Zelle detektiert und empfangen. Die versendeten Signale fangen mit einem Frequenz-Korrektur-Burst (FCB) an, welcher ein einzelner Ton mit einer Frequenz ist, welche dem Telefon unbekannt ist, und welcher 156 Tastungen bzw. Samples, "s (n)" einschließt, bei einer Abtastungsrate von 270, 833 KHz. Die FCB-Samples s (n) werden empfangen, detektiert und gepuffert von der AFC ("Automatic Frequency Correction") bzw. Automatischen-Frequenz-Korrektureinheit des mobilen Zellentelefons.The operation of the frequency estimator 100 will now be described in more detail. As the base station continuously transmits its signals, for example microwave signals, the signals are detected and received by the phones within the cell. The transmitted signals begin with a frequency correction burst (FCB), which is a single tone at a frequency unknown to the phone and which includes 156 samples, "s(n)", at a sampling rate of 270.833 KHz. The FCB samples s (n) are received, detected and buffered by the AFC ("Automatic Frequency Correction") unit of the mobile cellular phone.

Die gepufferten Signale s (n) vom FCB Burst werden zuerst von dem BPF 104 gefiltert, um Rauschen von außerhalb des Bandes und Interferenzen zurückzuweisen. Der BPF 104 erzeugt daher eine Ausgabe x (n) 106, welche weiterhin von einem einpoligen AR-Filter 108 gefiltert wird. Die Fachleute werden erkennen, daß ein einpoliger AR-Filter die folgende Charakteristik hat: The buffered signals s (n) from the FCB burst are first filtered by the BPF 104 to reject out-of-band noise and interference. The BPF 104 therefore produces an output x (n) 106 which is further filtered by a single-pole AR filter 108. Those skilled in the art will recognize that a single-pole AR filter has the following characteristics:

wobei "a" ein AR-Parameter oder die komplexe Position des Pols und "z" die Variable in der z-Transformation ist. Die Ausgabe y (n) 110 des AR-Filters 108 kann durch die folgende Gleichung repräsentiert werden:where "a" is an AR parameter or the complex position of the pole and "z" is the variable in the z-transform. The output y(n) 110 of the AR filter 108 can be represented by the following equation:

y(n) = x(n) + a(k) * y(n - 1) Gleichung 1y(n) = x(n) + a(k) * y(n - 1) Equation 1

wobei n = 0,1,2, ...155 und a (k) 114 der AR-Parameter der k-ten Iteration ist.where n = 0,1,2, ...155 and a (k) 114 is the AR parameter of the k-th iteration.

Nach der Filterung wird a (k) durch die AR-Parameter-Schätzungseinheit 112 gemäß der folgenden Gleichung neu geschätzt: After filtering, a (k) is re-estimated by the AR parameter estimation unit 112 according to the following equation:

wobei k = 1, 2, ...8 und N = Gesamtanzahl der Tastungen in jedem FCB Burst ist. Man beachte, daß das Symbol "*" für das konjugierte einer Variable steht.where k = 1, 2, ...8 and N = total number of samples in each FCB burst. Note that the symbol "*" stands for the conjugate of a variable.

Nachdem a (k) aktualisiert wurde, d. h. das nächste "k" wird x (n) 106 durch den AR-Filter 108 neu gefiltert, und a (k) wird wiederum unter Benutzung des neuen y (n) 110 neu geschätzt. Nach 8 Iterationen, werden zum Beispiel a (1)... a (8) erhalten, wie es im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel implementiert ist, a (k) wird konvergieren und die Frequenz-Schätzung f (i) 118 vom gegenwärtigen FCB Burst kann durch die Frequenz- Berechnungseinheit 116, gemäß der folgenden Gleichung berechnet werden: After a(k) has been updated, i.e. the next "k", x(n) 106 is re-filtered by the AR filter 108, and a(k) is again re-estimated using the new y(n) 110. After 8 iterations, for example a(1)...a(8) are obtained as implemented in the current embodiment, a(k) will converge and the frequency estimate f(i) 118 from the current FCB burst can be calculated by the frequency calculation unit 116, according to the following equation:

wobei F8 die Abtastfrequenz und a(k) den Arcustangens von a(k) repräsentiert.where F8 represents the sampling frequency and a(k) represents the arctangent of a(k).

In der Praxis wird die Genauigkeit der geschätzten Trägerfrequenz f(i) nichts desto weniger sehr wahrscheinlich von verschiedenen Faktoren in der Umgebung, so wie zum Beispiel Nachbarkanal- und Co-Kanal Interferenzen, Rauschen und Abschwächung, beeinflußt. Um eine noch bessere Schätzung zu erreichen, kann das oben beschriebene Verfahren auf einen oder mehr als einen FCB Burst angewendet werden, um mehr als ein geschätztes f(i) zu erhalten, wie es der Fachmann erkennt.In practice, the accuracy of the estimated carrier frequency f(i) is nevertheless very likely to be affected by various factors in the environment, such as adjacent channel and co-channel interference, noise and attenuation. To achieve an even better estimate, the method described above can be applied to one or more than one FCB burst to obtain more than one estimated f(i), as will be appreciated by those skilled in the art.

Wenn mehr als ein f(i) berechnet wurde, werden die zwei Schätzungen mit den am nächsten liegenden Werten gemittelt 120, um die endgültige Schätzung "f" 122 zu erhalten. Wenn nur ein FCB Burst benutzt wird, kann der Frequenz-Schätzungs-Prozess nach der Frequenz- Berechnungseinheit 116 aufhören.If more than one f(i) has been calculated, the two estimates with the closest values are averaged 120 to obtain the final estimate "f" 122. If only one FCB burst is used, the frequency estimation process may stop after the frequency calculation unit 116.

Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 3, wobei ein Flußdiagramm die Schritte der iterativen, filternden Frequenzschätzung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt. Zuerst werden die Daten s(n) vom FCB Burst im Speicher (201) des Telefons gepuffert. Dann wird der BPF angewendet (vorzugsweise ein Butterworth-Filter achter Ordnung), um die gepufferten Daten s(n) zu verarbeiten, oder Rauschen von außerhalb des Bandes und Interferenzen zurückzuweisen (202).Referring now to Fig. 3, a flow chart shows the steps of iterative filtering frequency estimation in accordance with the present invention. First, the data s(n) from the FCB burst is buffered in the phone's memory (201). Then the BPF is applied (preferably an eighth order Butterworth filter) to process the buffered data s(n) or reject out-of-band noise and interference (202).

Der einpolige AR-Filter wird benutzt, um mit der Einzelton Frequenz des FCB Bursts (204), durch Schätzung seiner Pol-Position zusammenzupassen. Dann wird der Pol des AR-Filters für die nächste Iteration (206) neu geschätzt. Wenn die Zahl der Iteration geringer ist als 8, werden die gepufferten Daten mit dem aktualisierten AR-Filter (208) neu gefiltert werden. Andernfalls kann die Trägerfrequenz f (i) der Basisstation berechnet werden (210).The single-pole AR filter is used to match the single-tone frequency of the FCB burst (204), by estimating its pole position. Then the pole of the AR filter is re-estimated for the next iteration (206). If the number of iterations is less than 8, the buffered data will be re-filtered with the updated AR filter (208). Otherwise, the carrier frequency f (i) of the base station can be calculated (210).

Um optimale Schätzung zu erhalten, wenn mehr als ein FCB Burst verarbeitet wird, wird die endgültige, geschätzte Frequenz durch Mittelung der zwei nächstliegenden Schätzungen (214) erhalten werden. Andernfalls kann der Prozeß beendet werden.To obtain optimal estimation when more than one FCB burst is processed, the final estimated frequency will be obtained by averaging the two closest estimates (214). Otherwise, the process can be terminated.

In Fig. 4 ist die Konvergenz von a(k) nach dem Anfang in der Simulation demonstriert worden. Man beachte, daß a(k) mit 0 kHz bei der ersten Iteration beginnt und schnell auf die Zielfrequenz bei der achten Iteration konvergiert.In Fig. 4, the convergence of a(k) after the initial simulation has been demonstrated. Note that a(k) starts at 0 kHz in the first iteration and quickly converges to the target frequency in the eighth iteration.

In einer exemplarischen Implementation kann die vorliegende Erfindung in einem GSM Handgerät benutzt werden. Der Einzelton im FCB Burst kann irgendwo zwischen 37,7 KHz und 97,7 KHz sein. Die Trägerfrequenz ist 900 MHz und die Abtastrate ist 270 KHz. Ein Butterworth Filter achter Ordnung, mit dem Paßband von 37,7 KHz bis 97,7 KHz wird benutzt um die Daten zu verarbeiten (104 und 202). 4 FCB Bursts werden benutzt, um die Trägerfrequenz zu schätzen und den Mittelwert zu nehmen (120 und 214). Der Prozentsatz in dem das endgültige Ergebnis innerhalb von 100 Hz um die wahre Frequenz ist, wurde auf über 96% in allen Situationen bestimmt.In an exemplary implementation, the present invention can be used in a GSM handset. The single tone in the FCB burst can be anywhere between 37.7 KHz and 97.7 KHz. The carrier frequency is 900 MHz and the sampling rate is 270 KHz. An eighth order Butterworth filter with the passband from 37.7 KHz to 97.7 KHz is used to process the data (104 and 202). 4 FCB bursts are used to estimate the carrier frequency and take the average (120 and 214). The percentage in which the final result is within 100 Hz of the true frequency was determined to be over 96% in all situations.

Obwohl nur einige wenige exemplarische Ausführungsbeispiele dieser Erfindung oben im Detail beschrieben wurden, werden die Fachleute bereitwillig erkennen, daß viele Modifikationen in den exemplarischen Ausführungsbeispielen möglich sind, ohne wesentlich von den neuen Darlegungen und Vorteilen dieser Erfindung abzuweichen. Entsprechend ist es beabsichtigt, daß alle solchen Modifikationen im Umfangs dieser Erfindung eingeschlossen sind, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist.Although only a few exemplary embodiments of this invention have been described in detail above, those skilled in the art will readily recognize that many modifications are possible in the exemplary embodiments without materially departing from the novel teachings and advantages of this invention. Accordingly, it is intended that all such modifications be included within the scope of this invention as defined in the following claims.

Claims (10)

1. Verfahren zum Schätzen einer Trägerfrequenz einer Basisstation in einem drahtlosen Kommunikationssystem mittels einer Mobilstation, wobei die Basisstation drahtlose Signale für die Mobilstation ausstrahlt, um eine Zeitstelle eines vorbestimmten Komplexsignals zu detektieren, und zwar innerhalb eines jeden Bursts der drahtlosen Signale, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:1. A method for estimating a carrier frequency of a base station in a wireless communication system using a mobile station, the base station broadcasting wireless signals for the mobile station to detect a time location of a predetermined complex signal within each burst of the wireless signals, the method comprising the following steps: a) Zwischenspeichern (201) des vorbestimmten Komplexsignals aus den drahtlosen Signalen, Empfangen von der Basisstation, um gepufferte bzw. zwischengespeicherte Daten zu generieren;a) buffering (201) the predetermined complex signal from the wireless signals received from the base station to generate buffered data; b) Bandpassfiltern (202) der gepufferten Daten aus dem Schritt (a) mit einer vorbestimmten Bandbreite um eine vorbestimmte Anzahl von ersten gefilterten Daten (106, x(n)) zu generieren.b) bandpass filtering (202) the buffered data from step (a) with a predetermined bandwidth to generate a predetermined number of first filtered data (106, x(n)). c) Filtern (204) der vorbestimmten Anzahl von ersten gefilterten Daten (106, x(n)) aus dem Schritt b) mit einem auto-regressiven, im folgenden als AR bezeichneten, Filter (108), um die vorbestimmte Anzahl von zweiten gefilterten Daten (110, y(n)) gemäss der folgenden Gleichung zu generieren:c) filtering (204) the predetermined number of first filtered data (106, x(n)) from step b) with an auto-regressive, hereinafter referred to as AR, filter (108) to generate the predetermined number of second filtered data (110, y(n)) according to the following equation: Y(n) = x(n) + a(k) * Y(n - 1),Y(n) = x(n) + a(k) * Y(n - 1), wobei x(n) die ersten gelieferten Daten, y(n) die zweiten gefilterten Daten sind, sowie a(k) ein AR-Parameter, der k-ten Iteration ist, wobei "n" von 0 auf eine vorbestimmte Zahl inkrementiert wird;where x(n) is the first supplied data, y(n) is the second filtered data, and a(k) is an AR parameter of the k-th iteration, where "n" is incremented from 0 to a predetermined number; d) Schätzen (206) einer ersten Polschätzung, a(k + 1) des AR-Filters (108) durch Einsatz der vorbestimmten Zahl von zweiten gefilterten Daten y(n) aus dem Schritt c) gemäss der folgenden Gleichung: d) estimating (206) a first pole estimate, a(k + 1) of the AR filter (108) by using the predetermined number of second filtered data y(n) from step c) according to the following equation: wobei N die vorbestimmte Anzahl der Samples innerhalb eines jeden Bursts ist;where N is the predetermined number of samples within each burst; e) Aktualisieren (206, 208) der ersten Polschätzung a(k + 1) durch Wiederholen von "k" Iterationen, von dem Schritt c) zu dem Schritt d), um eine endgültige Polschätzung zu erhalten;e) updating (206, 208) the first pole estimate a(k + 1) by repeating "k" iterations from step c) to step d) to obtain a final pole estimate; f) Berechnen (210) der Trägerfrequenz mittels der endgültigen Polschätzung aus dem Schritt e) gemäss der folgenden Gleichung: f) calculating (210) the carrier frequency using the final pole estimate from step e) according to the following equation: wobei "FS" eine vorbestimmte Abtastfrequenz der drahtlosen Signale ist, und " a(k)" einen Arcustangens von a(k) darstellt.where "FS" is a predetermined sampling frequency of the wireless signals, and " a(k)" represents an arctangent of a(k). 2. Verfahren gemäss Anspruch 1, das weiterhin folgendes aufweist:2. The method of claim 1, further comprising: g) Empfangen (212) einer Vielzahl von Bursts der vorbestimmten Komplexsignale von der Basisstation um eine entsprechende Vielzahl von Trägerfrequenzen zu erhalten;g) receiving (212) a plurality of bursts of the predetermined complex signals from the base station to obtain a corresponding plurality of carrier frequencies; h) aus der Vielzahl der Trägerfrequenzen, Finden einer vorbestimmten Anzahl von am nächsten liegenden Trägerfrequenzen;h) from the plurality of carrier frequencies, finding a predetermined number of closest carrier frequencies; i) Mitteln (214) der vorbestimmten Anzahl der am nächsten liegenden Trägerfrequenzen um eine zweite Trägerfrequenz zu schätzen.i) averaging (214) the predetermined number of closest carrier frequencies to estimate a second carrier frequency. 3. Verfahren gemäss Anspruch 2, wobei vier Bursts der vorbestimmten Komplexsignale von der Basisstation empfangen werden, um vier Trägerfrequenzen zu erhalten, und wobei zwei am nächsten liegende Trägerfrequenzen (closest carrier frequencies) gemittelt werden.3. A method according to claim 2, wherein four bursts of the predetermined complex signals are received from the base station to obtain four carrier frequencies, and wherein two closest carrier frequencies are averaged. 4. Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei die y(n) in dem Schritt c) mittels entweder einem zwei-poligen AR-Filter (108) oder einem drei-poligen AR- Filter (108) gewonnen werden.4. The method according to claim 1, wherein the y(n) in step c) are obtained by means of either a two-pole AR filter (108) or a three-pole AR filter (108). 5. Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei das "n" von 0 auf 155 von dem Schritt c) zu dem Schritt e) inkrementiert wird.5. The method of claim 1, wherein the "n" is incremented from 0 to 155 from step c) to step e). 6. Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei das vorbestimmte Komplexsignal ein Komplexton repräsentativ für einen Frequenzkorrekturburst (FCB = frequency correction burst) ist.6. The method of claim 1, wherein the predetermined complex signal is a complex tone representative of a frequency correction burst (FCB). 7. Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei der Schritt c) bis Schritt e) k = 8 Mal iteriert wird.7. The method according to claim 1, wherein step c) to step e) is iterated k = 8 times. 8. Vorrichtung zum Schätzen einer Trägerfrequenz einer Basisstation in einem drahtlosen Kommunikationssystems mittels einer Mobilstation, wobei die Basisstation drahtlose Signale für die Mobilstation aussendet, um eine Zeitstelle eines vorbestimmten Komplexsignals (102) zu detektieren, und zwar innerhalb eines jeden Bursts der drahtlosen Signale, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:8. An apparatus for estimating a carrier frequency of a base station in a wireless communication system using a mobile station, the base station transmitting wireless signals for the mobile station to detect a time location of a predetermined complex signal (102) within each burst of the wireless signals, the apparatus comprising: Zwischenspeicher- bzw. Puffermittel zum Puffern des vorbestimmten Komplexsignals (102) aus den drahtlosen Signalen, die von der Basisstation empfangen werden, um gepufferte Daten zu generieren;Buffer means for buffering the predetermined complex signal (102) from the wireless signals received from the base station to generate buffered data; Bandpassfiltermittel (104) zum Filtern der gepufferten Daten aus den Puffermitteln, und zwar mit einer vorbestimmten Bandbreite, um eine vorbestimmte Anzahl von ersten gefilterten Daten (x(n), (106)) zu generieren;Bandpass filter means (104) for filtering the buffered data from the buffer means, with a predetermined bandwidth, to generate a predetermined number of first filtered data (x(n), (106)); AR-Filtermittel (108) zum Filtern der vorbestimmten Anzahl der ersten gefilterten Daten (x(n), (106)) aus den Bandpassmitteln (104) um die vorbestimmte Anzahl der zweiten gefilterten Daten (y(n), (110)) zu generieren, und zwar gemäss der folgenden Gleichung:AR filter means (108) for filtering the predetermined number of the first filtered data (x(n), (106)) from the bandpass means (104) to generate the predetermined number of the second filtered data (y(n), (110)), according to the following equation: y(n) = x (n) + a(k) * y (n - 1),y(n) = x (n) + a(k) * y (n - 1), wobei x(n) die ersten gefilterten Daten, y(n) die zweiten gefilterten Daten sind, sowie a(k) ein AR-Parameter der k-ten Iteration ist, wobei "n" von 0 auf die vorbestimmte Zahl inkrementiert wird;where x(n) is the first filtered data, y(n) is the second filtered data, and a(k) is an AR parameter of the k-th iteration, where "n" is incremented from 0 to the predetermined number; AR-Parameterschätzungsmittel (112) zum Erhalten, und zwar durch zumindest eine Iteration, einer ersten Polschätzung a(k + 1) (114) der AR-Filtermittel (108) durch Einsatz der vorbestimmten Anzahl der zweiten gefilterten Daten (y(n), 110)) aus den AR-Filtermitteln (108) gemäss der folgenden Gleichung: AR parameter estimation means (112) for obtaining, by at least one iteration, a first pole estimate a(k + 1) (114) of the AR filter means (108) by using the predetermined number of second filtered data (y(n), 110)) from the AR filter means (108) according to the following equation: wobei "N" die vorbestimmte Anzahl der Abtastungen innerhalb eines jeden Bursts ist;where "N" is the predetermined number of samples within each burst; Frequenzberechnungsmittel (116) zum Berechnen der Trägerfrequenz mittels der Polschätzung aus dem AR-Parameterschätzungsmittel (112) nach der zumindest eine Iteration gemäss der folgenden Gleichung: Frequency calculation means (116) for calculating the carrier frequency using the pole estimate from the AR parameter estimation means (112) after at least one iteration according to the following equation: wobei "Fs" eine vorbestimmte Abtastfrequenz der drahtlosen Signale ist, und a(k) einen Arcustangens von a(k) darstellt.where "Fs" is a predetermined sampling frequency of the wireless signals, and a(k) represents an arctangent of a(k). 9. Vorrichtung gemäss Anspruch 8, wobei die Puffermittel eine Vielzahl von Bursts der vorbestimmten Komplexsignale (102) von der Basisstation puffern und die Frequenzberechnungsmittel (116) eine entsprechende Vielzahl von Trägerfrequenzen berechnen, wobei die Vorrichtung weiterhin folgendes aufweist:9. Apparatus according to claim 8, wherein the buffering means buffers a plurality of bursts of the predetermined complex signals (102) from the base station and the frequency calculating means (116) calculates a corresponding plurality of carrier frequencies, the apparatus further comprising: Frequenzschätzungsmittelungsmittel (120) zum Mitteln einer vorbestimmten Anzahl von am nächsten liegenden Trägerfrequenzen um eine endgültige Trägerfrequenz zu erhalten.Frequency estimation averaging means (120) for averaging a predetermined number of closest carrier frequencies to obtain a final carrier frequency. 10. Eine Vorrichtung gemäss Anspruch 8, wobei die y(n) durch entweder einen zwei-poligen AR-Filter (108) oder einen drei-poligen AR-Filter (108) erhalten werden.10. A device according to claim 8, wherein the y(n) are obtained by either a two-pole AR filter (108) or a three-pole AR filter (108).
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